(57)【要約】【課題】  遠方から入射する放射線の飛来方向を測定できるようにし、また装置を小型化・軽量化する。【解決手段】  入射する放射線を光信号に変換するシンチレーション光ファイバ１０を有する放射線検出系１２と、その両端に接続されてシンチレーション光ファイバを２方向に伝搬する光信号をそれぞれ電気信号に変換する受光素子１４ａ，１４ｂと、両受光素子からの電気信号の到達時間差に基づいて放射線の入射位置を求める放射線分析系１６を具備している。シンチレーション光ファイバは円弧状に湾曲した状態で設置され、シンチレーション光ファイバの外側に、多数の平板状コリメータ１８が放射状にほぼ等間隔で配列されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する放射線を光信号に変換するシンチレーション光ファイバを有する放射線検出系と、その両端に接続されて該シンチレーション光ファイバを２方向に伝搬する光信号をそれぞれ電気信号に変換する受光素子と、両受光素子からの電気信号の到達時間差に基づいて放射線の入射位置を求める放射線分析系を具備している放射線検出装置において、
シンチレーション光ファイバは円弧状に湾曲した状態で設置され、該シンチレーション光ファイバの外側に、多数の平板状コリメータが放射状にほぼ等間隔で配列されていることを特徴とする放射線飛来方向検出装置。
【請求項２】
シンチレーション光ファイバと多数の平板状コリメータの組が、２組、互いに中央部で直交するように配置されている請求項１記載の放射線飛来方向検出装置。
【請求項３】
半円状に湾曲した外面を有し、その外面に沿って溝を形成した構造のファイバガイドを用い、該溝内に多数のシンチレーション光ファイバを収容し、多数の平板状コリメータをファイバガイドの外面に取り付けた請求項１又は２記載の放射線飛来方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠方から入射する放射線の飛来方向を特定できる装置に関し、更に詳しく述べると、円弧状に湾曲した状態で設置したシンチレーション光ファイバの外側に、多数の平板状コリメータを放射状にほぼ等間隔で配列した構造の放射線飛来方向検出装置に関するものである。この技術は、例えば雷から放出される放射線の飛来方向の測定、事故等により放出される放射能等の放射線源の位置の把握などに有用である。
【背景技術】
【０００２】
放射線分布を測定する技術として、入射する放射線を光信号に変換するシンチレーション光ファイバを有する放射線検出系と、その両端に接続されて該シンチレーション光ファイバを２方向に伝搬する光信号をそれぞれ電気信号に変換する受光素子と、両受光素子からの電気信号の到達時間差に基づいて放射線の入射位置を求める放射線分析系を具備している放射線検出装置がある。この技術を利用して２次元あるいは３次元の放射線分布を求める方法が、例えば特許文献１などに開示されている。
【０００３】
放射線の位置分布を精度よく測定するためには、シンチレーション光ファイバなどの径が小さい検出器を多数束ね、その後段に多数の光電子増倍管や位置敏感型の光電子増倍管などの光計数装置を接続する。この装置構成において、シンチレータから放出される光を計数することにより、どのシンチレータに放射線が入射したかを測定する。
【０００４】
しかし、放射線が遠方から入射する場合には平行入射となるため、シンチレーション光ファイバだけでは入射位置や方向を特定することはできない。様々な方向を向いた多数の指向性を有する放射線検出器を並設することも考えられるが、大型化し重量も大きくなるため、実用的ではない。
【特許文献１】特開平９−１５３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、遠方から入射する放射線の飛来方向を測定できない点、また装置が大型化し、重量が大きくなる点などである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、入射する放射線を光信号に変換するシンチレーション光ファイバを有する放射線検出系と、その両端に接続されて該シンチレーション光ファイバを２方向に伝搬する光信号をそれぞれ電気信号に変換する受光素子と、両受光素子からの電気信号の到達時間差に基づいて放射線の入射位置を求める放射線分析系を具備している放射線検出装置において、シンチレーション光ファイバは円弧状に湾曲した状態で設置され、該シンチレーション光ファイバの外側に、多数の平板状コリメータが放射状にほぼ等間隔で配列されていることを特徴とする放射線飛来方向検出装置である。
【０００７】
ここでシンチレーション光ファイバと多数の平板状コリメータの組を、２組、互いに中央部で直交するように配置する構成とするのが好ましい。例えば、半円状に湾曲した外面を有し、その外面に沿って溝を形成した構造のファイバガイドを用い、該溝内に多数のシンチレーション光ファイバを収容し、多数の平板状コリメータをファイバガイドの外面に取り付けることによって、強固な検出装置が構成できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、円弧状に湾曲した状態で設置されるシンチレーション光ファイバの外側に、多数の平板状コリメータを放射状にほぼ等間隔で配列した放射線検出系を有する構造であるから、平行入射の放射線でも飛来方向を測定できる。また、コリメータも単純な形状で軽量化でき、且つ比較的少数で済むし、放射線分析系を構成する計測電子回路が少なくて済み、それらのために安価に製作できる。
【０００９】
シンチレーション光ファイバをＸ−Ｙ２方向に配置した放射線検出系を用いることで、２次元的に放射線飛来方向が測定できる。また、そのような測定装置を３台以上使用することにより、事故等により放出された放射能等の放射線源の位置を３次元で把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の放射線検出系では、シンチレーション光ファイバを円弧状に湾曲した状態で設置し、その外側に、多数の平板状コリメータを放射状にほぼ等間隔で配列する。隣接するコリメータの隙間を通って入射した放射線のみがシンチレーション光ファイバに達し、光信号に変換される。その入射位置を、両方の受光素子からの電気信号の到達時間差に基づいて求めることによって、放射線の飛来方向を検出する。シンチレーション光ファイバと多数の平板状コリメータを、２組、互いに中央部で直交するように配置することで、ほぼ全方向から飛来する放射線を検知することができる。
【実施例】
【００１１】
図１は、本発明に係る放射線飛来方向検出装置の一実施例を示す説明図である。この装置は、入射する放射線を光パルス信号（シンチレーション光）に変換するシンチレーション光ファイバ１０を有する放射線検出系１２と、シンチレーション光ファイバ１０の２方向に（両方の端部へ）伝搬する光パルス信号をそれぞれ電気パルス信号に変換する受光素子１４ａ，１４ｂと、その両端に接続されている放射線分析系１６とからなる。
【００１２】
放射線検出系１２は、シンチレーション光ファイバ１０を半円弧状に湾曲した状態で設置し、該シンチレーション光ファイバ１０の外周側に、多数の平板状コリメータ１８を放射状にほぼ等間隔で配列した構造である。シンチレーション光ファイバ１０としては、湾曲設置させるため、プラスチックシンチレーション光ファイバが好ましい。平板状コリメータ１８としては、鉛板を用いる。放射線分析系１６は、両受光素子１４ａ，１４ｂからの電気パルス信号の到達時間差に基づいて放射線の入射位置を求める時間差検出方式である。受光素子１４ａ，１４ｂは、例えば光増倍管（ＰＭＴ）などである。放射線分析系１６は、受光素子１４ａ，１４ｂに接続される前置増幅器（ＰＡ）２０ａ，２０ｂ、それらに接続されるコンスタントフラクションディスクリミネータ（ＣＦＤ）２２ａ，２２ｂを備え、一方の出力はディレイ回路（Ｄｅｌｅｙ）２４を介して、他方の出力は直接、時間波高変換器（ＴＡＣ）２６に入力し、更にマルチチャンネル波高分析器（ＭＣＡ）２８に入力する構成である。
【００１３】
次に、本装置の動作について説明する。放射線がシンチレーション光ファイバ１０に入射すると、該シンチレーション光ファイバ１０内でシンチレーション光が発生し、光パルス信号としてシンチレーション光ファイバ１０を２方向に両端に向かって伝搬する。ここで、放射線が遠方から入射する場合には平行入射となるため、シンチレーション光ファイバが湾曲しているだけでは、広い範囲の任意の部分で発光する可能性があり入射位置や方向を特定することはできない。しかし本発明では、湾曲したシンチレーション光ファイバ１０の外周側に、多数の平板状コリメータ１８が放射状にほぼ等間隔で配列されているので、放射線の入射方向に対してほぼ垂直な部分（図１では符号ｓで示す黒色部分）では隣接する平板状コリメータの間を通過して放射線が入射し光パルス信号が生じるが、そこから離れた部分では平板状コリメータにより放射線は遮蔽され、光パルス信号は生じない。このように、放射線の入射方向に応じて、シンチレーション光ファイバ１０の長さ方向の特定の部分で発光が生じることになり、放射線の入射方向と発光位置とは一定の相関関係を持つ。それ故、発光位置を測定できれば、放射線の入射方向を特定できることになる。
【００１４】
光パルス信号が両端の受光素子１４ａ，１４ｂに入力すると、電気パルス信号に変換される。その電気パルス信号は前置増幅器２０ａ，２０ｂで増幅され、その後、コンスタントフラクションディスクリミネータ２２ａ，２２ｂで各信号の波形が整形される。波形整形されたこれらの信号のうち一方は一定時間遅延させるディレイ回路２４を通って、他方は直接、時間波高変換器２６に入力し、２つの信号の到達時間差に応じた波高の信号を出力する。ここで、一方にディレイ回路２４を挿入しているのは、シンチレーション光ファイバ１０のどの位置で発光が生じても、一方のコンスタントフラクションディスクリミネータ２２ａから出力する信号が他方のコンスタントフラクションディスクリミネータ２２ｂから出力する信号よりも遅く時間波高変換器２６に到達するのを保証するためである。
【００１５】
時間波高変換器２６からの出力はマルチチャンネル波高分析器２８に入力し、その信号の波高に基づいて放射線の入射位置を特定する。出力例を図２に示す。マルチチャンネル波高分析器２８に入力する信号の波高は、光パルス信号が受光素子１４ａ，１４ｂに到達する時間差に比例している。この到達時間差はシンチレーション光ファイバ１０における放射線の入射位置に対応しているので、マルチチャンネル波高分析器２８は、入力する信号の波高に基づいて放射線の入射位置を特定することができる。このような測定原理自体は、公知の時間差検出方式をそのまま使用している。
【００１６】
本発明では、前記のように、湾曲したシンチレーション光ファイバ１０の外周側に、多数の平板状コリメータ１８が放射状にほぼ等間隔で配列されているので、放射線の入射方向に応じて、シンチレーション光ファイバ１０の長さ方向の特定の部分で発光が生じることになり、上記のようにして発光位置を測定することによって放射線の入射方向を特定しているのである。ここで入射方向の測定の分解能は、平板状コリメータの高さ、厚さ及び配列密度で調整できる。
【００１７】
放射線検出系１２の具体的構造を図３及び図４に示す。図３は図１におけるｐ−ｐ位置での断面を表し、図４は平面の一部を表している。多数のシンチレーション光ファイバ１０を湾曲状態で保形し保持するためにファイバガイド３０を用いる。ファイバガイド３０は、半円状に湾曲した外面を有し、その外面に沿って断面矩形状の溝３２を形成した構造の断面凹型の弓形部材である。この溝３２内に、多数本のシンチレーション光ファイバ１０を整列し複数層重ねて収容する。そして、ファイバガイド３０の両側部に支持ピン３４を円周方向に等間隔で並べて植設し、その支持ピン３４を平板状コリメータ１８の孔に嵌合させることで各平板状コリメータ１８を固定する。このようにして強固な放射線検出系を製作することができる。
【００１８】
試作した放射線検出系の各部材の寸法の一例を以下に示す。
（１）ファイバガイド（鉄製）
・曲率半径Ｒ：〜３００mm
・幅Ｗ：５０mm
・溝幅ｗ：３０mm
・厚さＴ：〜１０mm
・平板状コリメータ間隔Ｌ：２０mm
（２）平板状コリメータ（鉛製）
・幅Ｗ×高さＨ×厚みｔ：５０mm×６０mm×５mm
（３）シンチレーション光ファイバ（プラスチック製）
・断面形状×本数×層数：２mm角×１５本×３層（又は４層）
【００１９】
本発明では、湾曲したシンチレーション光ファイバ１０の外周側に、多数の平板状コリメータ１８が放射状にほぼ等間隔で配列されているので、放射線のシンチレーション光ファイバ１０への入射角が大きくなるにつれて平板状コリメータ１８の遮蔽厚が増すことから、入射角の小さい（法線方向の）放射線に感度を持たせることができる。また、平板状コリメータ１枚当たりの厚さは比較的薄くてもよいために、コリメータの軽量化を図ることができる。
【００２０】
図４は、放射線検出系の他の実施例を示す説明図であり、Ａは正面を表し、Ｂは平面を表している。この実施例では、シンチレーション光ファイバ１０と多数の平板状コリメータ１８の組を、２組、Ｘ側とＹ側として互いに中央部で直交するように配置している。ここでもＸ側及びＹ側のシンチレーション光ファイバ１０及び平板状コリメータ１８は、基本的には図２〜図３と同様、ファイバガイド３０で支えられている。両方のシンチレーション光ファイバ１０の両端に、それぞれ受光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを接続し、それに到達する光パルス信号を電気パルス信号に変換する。従って、図示していないが、放射線分析系もＸ側とＹ側の２系統設けられる。
【００２１】
このような構成にすると、Ｘ−Ｙの２方向の放射線飛来方向を検出することが可能となる。測定結果の一例を図６に示す。Ｘ側とＹ側とで放射線強度の測定を行い、それらを合成すると、２次元的な分布（ＭＣＡ出力のコンターマップ）を得ることができ、それに基づいて放射線飛来方向を検出することができる。従って、このような放射線飛来方向検出装置を３台以上、互いに離れた位置に設置し測定することにより、放射線源の位置を３次元で特定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る放射線飛来方向検出装置の一実施例を示す説明図。
【図２】そのマルチチャンネル波高分析器の出力例を示すグラフ。
【図３】図１でのｐ−ｐ位置での断面図。
【図４】図１の部分平面図。
【図５】本発明に係る放射線飛来方向検出装置の他の実施例を示す説明図。
【図６】その測定結果の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２３】
１０  シンチレーション光ファイバ
１２  放射線検出系
１４ａ，１４ｂ  受光素子
１６  放射線分析系
１８  平板状コリメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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